'निएंडरथल एंटीबायोटिक्स' को वापस लाने के लिए एआई का उपयोग

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एंटीबायोटिक-प्रतिरोधी बैक्टीरिया का खतरा

विश्व स्वास्थ्य संगठन के अनुसार, चूंकि विश्व में प्रतिवर्ष एंटीबायोटिक-प्रतिरोधी बैक्टीरिया के कारण लगभग 5 मिलियन मौतें होती हैं, इसलिए इस स्थिति से निपटने के लिए संभावित दवाओं की खोज करना अत्यंत आवश्यक है।

अब, जैव प्रौद्योगिकी के अग्रणी सेसर डे ला फूएंते के नेतृत्व में एक टीम कृत्रिम बुद्धिमत्ता (एआई) आधारित कम्प्यूटेशनल विधियों का उपयोग करके निएंडरथल जैसे विलुप्त मानव रिश्तेदारों से आनुवंशिक लक्षण प्राप्त कर रही है, ताकि उनके एंटीबायोटिक्स को 40,000 साल पहले लाया जा सके।

एंटीबायोटिक प्रतिरोध किससे आया और निएंडरथल विलुप्त हो गए (चित्र 1) — विलुप्त निएंडरथल प्रजाति का मॉडल। फोटो: गेटी

अनुसंधान के माध्यम से, वैज्ञानिकों ने कई छोटे प्रोटीन या पेप्टाइड अणुओं की खोज की है जिनमें बैक्टीरिया से लड़ने की क्षमता है, जो मनुष्यों में संक्रमण से लड़ने के लिए नई दवाओं का मार्ग प्रशस्त कर सकते हैं।

एंटीबायोटिक्स (जैसे पेनिसिलिन) वे हैं जो प्राकृतिक रूप से उत्पादित होते हैं (किसी अन्य रोगाणुरोधी सूक्ष्मजीव द्वारा), जबकि गैर-एंटीबायोटिक जीवाणुरोधी (जैसे सल्फोनामाइड्स और एंटीसेप्टिक्स) वे हैं जो पूरी तरह से सिंथेटिक होते हैं।
हालाँकि, दोनों का लक्ष्य सूक्ष्मजीवों को मारना या उनकी वृद्धि को रोकना है और दोनों ही रोगाणुरोधी कीमोथेरेपी के अंतर्गत आते हैं। जीवाणुरोधी दवाओं में एंटीसेप्टिक्स, जीवाणुरोधी साबुन, रासायनिक डिटर्जेंट शामिल हैं; जबकि एंटीबायोटिक्स अधिक विशिष्ट प्रकार के जीवाणुरोधी हैं जिनका उपयोग दवाओं और कभी-कभी पशु आहार में किया जाता है।
एंटीबायोटिक्स उन वायरस के खिलाफ काम नहीं करते जो सर्दी या फ्लू जैसी बीमारियों का कारण बनते हैं, इसलिए जो दवाएं वायरस को रोकती हैं उन्हें एंटीवायरल या एंटीवायरल कहा जाता है, एंटीबायोटिक्स नहीं।

शोध दल का नेतृत्व करने वाले पेन्सिल्वेनिया विश्वविद्यालय (अमेरिका) के डॉ. सीज़र डे ला फ़ुएंते ने कहा, "इससे हमें नए अनुक्रमों, नए प्रकार के अणुओं की खोज करने का अवसर मिलता है जो जीवित जीवों में पहले कभी नहीं देखे गए, जिससे हमें आणविक विविधता के बारे में और व्यापक रूप से सोचने का अवसर मिलता है।" उन्होंने आगे कहा, "आज के बैक्टीरिया इन नए अणुओं के संपर्क में पहले कभी नहीं आए हैं, इसलिए यह आज के कठिन-से-उपचार योग्य रोगजनकों से निपटने का एक अच्छा अवसर हो सकता है।"

विशेषज्ञों का कहना है कि एंटीबायोटिक-प्रतिरोधी बैक्टीरिया के बारे में नई खोजों की तत्काल आवश्यकता है। कैलिफ़ोर्निया विश्वविद्यालय, बर्कले में आणविक, कोशिका और विकासात्मक जीव विज्ञान के प्रोफ़ेसर माइकल महान ने कहा, "दुनिया एंटीबायोटिक प्रतिरोध के संकट से जूझ रही है... अगर हमें भविष्य के लिए संभावित समाधान खोजने के लिए समय में पीछे जाना पड़े, तो मैं इसके लिए पूरी तरह तैयार हूँ।"

“जुरासिक पार्क” से सुझाव

ज़्यादातर एंटीबायोटिक्स बैक्टीरिया और फफूंद से उत्पन्न होते हैं, जिनकी खोज मिट्टी में रहने वाले सूक्ष्मजीवों की जाँच करके की गई है। लेकिन हाल के दशकों में, एंटीबायोटिक्स के अत्यधिक इस्तेमाल के कारण रोगाणुओं में इनके प्रति प्रतिरोधक क्षमता विकसित हो गई है।

पिछले एक दशक में, डे ला फ़ुएंते ने एंटीबायोटिक के विकल्प के रूप में विभिन्न पेप्टाइड्स की क्षमता का मूल्यांकन करने के लिए कम्प्यूटेशनल विधियों का उपयोग किया है। एक दिन प्रयोगशाला में, ब्लॉकबस्टर फ़िल्म "जुरासिक पार्क" का विचार आया, जिससे टीम को विलुप्त अणुओं का अध्ययन करने का विचार आया। उन्होंने कहा, "क्यों न अतीत के अणुओं को वापस लाया जाए?"

पहले से अज्ञात पेप्टाइड्स का पता लगाने के लिए, टीम ने एक एआई एल्गोरिदम को प्रशिक्षित किया ताकि वह मानव प्रोटीन में उन खंडित स्थानों की पहचान कर सके जिनमें जीवाणुरोधी गतिविधि हो सकती है। फिर वैज्ञानिकों ने इसे होमो सेपियन्स, निएंडरथल और डेनिसोवन्स, जो निएंडरथल से निकटता से संबंधित एक अन्य प्राचीन मानव प्रजाति है, के सार्वजनिक रूप से उपलब्ध प्रोटीन अनुक्रमों पर लागू किया।

इसके बाद टीम ने पूर्ववर्ती जीवाणुरोधी पेप्टाइड्स के गुणों का उपयोग करके यह अनुमान लगाया कि कौन से प्राचीन पेप्टाइड्स बैक्टीरिया को मारने में सबसे अधिक सक्षम थे।

इसके बाद, टीम ने 69 सबसे आशाजनक पेप्टाइड्स का संश्लेषण और परीक्षण किया ताकि यह देखा जा सके कि क्या वे बैक्टीरिया को मार सकते हैं। टीम ने छह सबसे शक्तिशाली पेप्टाइड्स चुने, जिनमें से चार आधुनिक मनुष्यों से, एक निएंडरथल से और एक डेनिसोवन्स से थे।

टीम ने उन्हें एसिनेटोबैक्टर बाउमानी नामक जीवाणु से संक्रमित चूहों के संपर्क में लाया, जो मनुष्यों में अस्पताल-जनित संक्रमणों का एक सामान्य कारण है। (अस्पताल-जनित संक्रमण वह संक्रमण है जो मरीज़ को अस्पताल में रहते हुए होता है और जब उसे भर्ती कराया गया था तब उसे नहीं था।)

एंटीबायोटिक प्रतिरोध किससे आया और निएंडरथल विलुप्त हो गए (चित्र 2) — पेन्सिल्वेनिया विश्वविद्यालय के जैव प्रौद्योगिकी अग्रणी सीज़र डे ला फ़ुएंते का कहना है कि एल्गोरिथम द्वारा चुने गए छह पेप्टाइड्स में से एक निएंडरथल पेप्टाइड बैक्टीरिया से संक्रमित चूहों में रोगजनकों से लड़ने में सबसे प्रभावी था। (फोटो: पेन्सिल्वेनिया विश्वविद्यालय)

डे ला फ़ुएंते ने कहा, "मुझे लगता है कि सबसे रोमांचक क्षणों में से एक वह था जब हमने प्रयोगशाला में अणुओं को रासायनिक रूप से पुनर्गठित किया और फिर उन्हें पहली बार पुनर्जीवित किया। वैज्ञानिक दृष्टिकोण से यह देखना अद्भुत था।"

त्वचा के फोड़े से संक्रमित चूहों में, पेप्टाइड्स ने सक्रिय रूप से बैक्टीरिया को मार डाला; जांघ के संक्रमण वाले चूहों में, पेप्टाइड्स कम प्रभावी थे, लेकिन फिर भी बैक्टीरिया की वृद्धि को रोक दिया।

डे ला फूएंते ने कहा, "सबसे अच्छा पेप्टाइड वह था जिसे हम निएंडरथल 1 कहते हैं, जो निएंडरथल से प्राप्त हुआ था, और यह वही था जो चूहों पर सबसे अच्छा काम करता था।"

अधिक शोध की आवश्यकता है

हालाँकि, श्री डे ला फ़ुएंते ने ज़ोर देकर कहा कि इनमें से कोई भी पेप्टाइड "एंटीबायोटिक के रूप में इस्तेमाल के लिए तैयार" नहीं है, बल्कि इसमें काफ़ी बदलाव की ज़रूरत होगी। अगले साल प्रकाशित होने वाले अपने शोध में, उन्होंने और उनके सहयोगियों ने 208 विलुप्त जीवों के प्रोटीन अनुक्रमों का पता लगाने के लिए एक नया डीप लर्निंग मॉडल विकसित किया, जिनके बारे में विस्तृत आनुवंशिक जानकारी उपलब्ध थी।

टीम को 11,000 से ज़्यादा ऐसे संभावित रोगाणुरोधी पेप्टाइड्स मिले जो पहले कभी नहीं खोजे गए थे और जो केवल विलुप्त जीवों में पाए जाते हैं। इनमें साइबेरियाई ऊनी मैमथ, स्टेलर की समुद्री गाय (एक समुद्री स्तनपायी जो 18वीं सदी में आर्कटिक में शिकार के कारण विलुप्त हो गई थी), विशाल स्लॉथ और आयरिश विशाल मूस (मेगालोसेरोस गिगेंटियस) से सबसे आशाजनक पेप्टाइड्स शामिल हैं। उन्होंने कहा कि नए खोजे गए पेप्टाइड्स में चूहों में "उत्कृष्ट संक्रमण-रोधी गतिविधि" थी।

ब्रिटेन स्थित जॉन इनेस सेंटर के समूह प्रमुख डॉ. दिमित्री घिलारोव ने कहा कि नए एंटीबायोटिक्स खोजने में सबसे बड़ी बाधा यह है कि वे अस्थिर हो सकते हैं और उनका संश्लेषण मुश्किल हो सकता है। घिलारोव ने कहा, "इनमें से कई पेप्टाइड एंटीबायोटिक्स ऐसे हैं जिन्हें विषाक्तता जैसी कठिनाइयों के कारण उद्योग द्वारा विकसित और उपयोग में नहीं लाया जा सका है।"

मई 2021 में प्रकाशित एक शोधपत्र के अनुसार, शोधकर्ताओं द्वारा पहचाने गए 10,000 आशाजनक यौगिकों में से केवल एक या दो एंटीबायोटिक्स को ही अमेरिकी खाद्य एवं औषधि प्रशासन से अनुमोदन प्राप्त हुआ है।

जॉर्ज मेसन विश्वविद्यालय (अमेरिका) के स्कूल ऑफ सिस्टम्स बायोलॉजी में शोध के प्रोफेसर और एसोसिएट निदेशक डॉ. मोनिक वैन होक ने कहा कि प्रकृति में पाए जाने वाले पेप्टाइड द्वारा सीधे तौर पर नई दवा या अन्य नई एंटीबायोटिक बनाना बहुत दुर्लभ है।

वैन होक के अनुसार, नए पेप्टाइड की खोज से शोधकर्ताओं के लिए कम्प्यूटेशनल तकनीकों का उपयोग कर नए एंटीबायोटिक के रूप में पेप्टाइड की क्षमता का पता लगाने और उसे अनुकूलित करने का मंच तैयार हो जाएगा।

वैन हूक वर्तमान में अमेरिकी मगरमच्छों में पाए जाने वाले एक प्राकृतिक पेप्टाइड से प्राप्त एक सिंथेटिक पेप्टाइड पर अपना शोध केंद्रित कर रही हैं। इस पेप्टाइड का वर्तमान में प्रीक्लिनिकल परीक्षण चल रहा है।

सुश्री वान होक का कहना है कि यद्यपि विलुप्त मगरमच्छों या मनुष्यों से नए एंटीबायोटिक्स प्राप्त करना अजीब लग सकता है, लेकिन एंटीबायोटिक-प्रतिरोधी बैक्टीरिया की गंभीरता इस तरह के शोध को सार्थक बनाती है।

होई फुओंग (सीएनएन के अनुसार)

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स्रोत